hrtimers: Convert to raw_spinlocks
[linux-2.6.git] / kernel / mutex.c
1 /*
2  * kernel/mutex.c
3  *
4  * Mutexes: blocking mutual exclusion locks
5  *
6  * Started by Ingo Molnar:
7  *
8  *  Copyright (C) 2004, 2005, 2006 Red Hat, Inc., Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
9  *
10  * Many thanks to Arjan van de Ven, Thomas Gleixner, Steven Rostedt and
11  * David Howells for suggestions and improvements.
12  *
13  *  - Adaptive spinning for mutexes by Peter Zijlstra. (Ported to mainline
14  *    from the -rt tree, where it was originally implemented for rtmutexes
15  *    by Steven Rostedt, based on work by Gregory Haskins, Peter Morreale
16  *    and Sven Dietrich.
17  *
18  * Also see Documentation/mutex-design.txt.
19  */
20 #include <linux/mutex.h>
21 #include <linux/sched.h>
22 #include <linux/module.h>
23 #include <linux/spinlock.h>
24 #include <linux/interrupt.h>
25 #include <linux/debug_locks.h>
26
27 /*
28  * In the DEBUG case we are using the "NULL fastpath" for mutexes,
29  * which forces all calls into the slowpath:
30  */
31 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
32 # include "mutex-debug.h"
33 # include <asm-generic/mutex-null.h>
34 #else
35 # include "mutex.h"
36 # include <asm/mutex.h>
37 #endif
38
39 /***
40  * mutex_init - initialize the mutex
41  * @lock: the mutex to be initialized
42  * @key: the lock_class_key for the class; used by mutex lock debugging
43  *
44  * Initialize the mutex to unlocked state.
45  *
46  * It is not allowed to initialize an already locked mutex.
47  */
48 void
49 __mutex_init(struct mutex *lock, const char *name, struct lock_class_key *key)
50 {
51         atomic_set(&lock->count, 1);
52         spin_lock_init(&lock->wait_lock);
53         INIT_LIST_HEAD(&lock->wait_list);
54         mutex_clear_owner(lock);
55
56         debug_mutex_init(lock, name, key);
57 }
58
59 EXPORT_SYMBOL(__mutex_init);
60
61 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
62 /*
63  * We split the mutex lock/unlock logic into separate fastpath and
64  * slowpath functions, to reduce the register pressure on the fastpath.
65  * We also put the fastpath first in the kernel image, to make sure the
66  * branch is predicted by the CPU as default-untaken.
67  */
68 static __used noinline void __sched
69 __mutex_lock_slowpath(atomic_t *lock_count);
70
71 /***
72  * mutex_lock - acquire the mutex
73  * @lock: the mutex to be acquired
74  *
75  * Lock the mutex exclusively for this task. If the mutex is not
76  * available right now, it will sleep until it can get it.
77  *
78  * The mutex must later on be released by the same task that
79  * acquired it. Recursive locking is not allowed. The task
80  * may not exit without first unlocking the mutex. Also, kernel
81  * memory where the mutex resides mutex must not be freed with
82  * the mutex still locked. The mutex must first be initialized
83  * (or statically defined) before it can be locked. memset()-ing
84  * the mutex to 0 is not allowed.
85  *
86  * ( The CONFIG_DEBUG_MUTEXES .config option turns on debugging
87  *   checks that will enforce the restrictions and will also do
88  *   deadlock debugging. )
89  *
90  * This function is similar to (but not equivalent to) down().
91  */
92 void __sched mutex_lock(struct mutex *lock)
93 {
94         might_sleep();
95         /*
96          * The locking fastpath is the 1->0 transition from
97          * 'unlocked' into 'locked' state.
98          */
99         __mutex_fastpath_lock(&lock->count, __mutex_lock_slowpath);
100         mutex_set_owner(lock);
101 }
102
103 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock);
104 #endif
105
106 static __used noinline void __sched __mutex_unlock_slowpath(atomic_t *lock_count);
107
108 /***
109  * mutex_unlock - release the mutex
110  * @lock: the mutex to be released
111  *
112  * Unlock a mutex that has been locked by this task previously.
113  *
114  * This function must not be used in interrupt context. Unlocking
115  * of a not locked mutex is not allowed.
116  *
117  * This function is similar to (but not equivalent to) up().
118  */
119 void __sched mutex_unlock(struct mutex *lock)
120 {
121         /*
122          * The unlocking fastpath is the 0->1 transition from 'locked'
123          * into 'unlocked' state:
124          */
125 #ifndef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
126         /*
127          * When debugging is enabled we must not clear the owner before time,
128          * the slow path will always be taken, and that clears the owner field
129          * after verifying that it was indeed current.
130          */
131         mutex_clear_owner(lock);
132 #endif
133         __mutex_fastpath_unlock(&lock->count, __mutex_unlock_slowpath);
134 }
135
136 EXPORT_SYMBOL(mutex_unlock);
137
138 /*
139  * Lock a mutex (possibly interruptible), slowpath:
140  */
141 static inline int __sched
142 __mutex_lock_common(struct mutex *lock, long state, unsigned int subclass,
143                 unsigned long ip)
144 {
145         struct task_struct *task = current;
146         struct mutex_waiter waiter;
147         unsigned long flags;
148
149         preempt_disable();
150         mutex_acquire(&lock->dep_map, subclass, 0, ip);
151
152 #ifdef CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER
153         /*
154          * Optimistic spinning.
155          *
156          * We try to spin for acquisition when we find that there are no
157          * pending waiters and the lock owner is currently running on a
158          * (different) CPU.
159          *
160          * The rationale is that if the lock owner is running, it is likely to
161          * release the lock soon.
162          *
163          * Since this needs the lock owner, and this mutex implementation
164          * doesn't track the owner atomically in the lock field, we need to
165          * track it non-atomically.
166          *
167          * We can't do this for DEBUG_MUTEXES because that relies on wait_lock
168          * to serialize everything.
169          */
170
171         for (;;) {
172                 struct thread_info *owner;
173
174                 /*
175                  * If there's an owner, wait for it to either
176                  * release the lock or go to sleep.
177                  */
178                 owner = ACCESS_ONCE(lock->owner);
179                 if (owner && !mutex_spin_on_owner(lock, owner))
180                         break;
181
182                 if (atomic_cmpxchg(&lock->count, 1, 0) == 1) {
183                         lock_acquired(&lock->dep_map, ip);
184                         mutex_set_owner(lock);
185                         preempt_enable();
186                         return 0;
187                 }
188
189                 /*
190                  * When there's no owner, we might have preempted between the
191                  * owner acquiring the lock and setting the owner field. If
192                  * we're an RT task that will live-lock because we won't let
193                  * the owner complete.
194                  */
195                 if (!owner && (need_resched() || rt_task(task)))
196                         break;
197
198                 /*
199                  * The cpu_relax() call is a compiler barrier which forces
200                  * everything in this loop to be re-loaded. We don't need
201                  * memory barriers as we'll eventually observe the right
202                  * values at the cost of a few extra spins.
203                  */
204                 cpu_relax();
205         }
206 #endif
207         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
208
209         debug_mutex_lock_common(lock, &waiter);
210         debug_mutex_add_waiter(lock, &waiter, task_thread_info(task));
211
212         /* add waiting tasks to the end of the waitqueue (FIFO): */
213         list_add_tail(&waiter.list, &lock->wait_list);
214         waiter.task = task;
215
216         if (atomic_xchg(&lock->count, -1) == 1)
217                 goto done;
218
219         lock_contended(&lock->dep_map, ip);
220
221         for (;;) {
222                 /*
223                  * Lets try to take the lock again - this is needed even if
224                  * we get here for the first time (shortly after failing to
225                  * acquire the lock), to make sure that we get a wakeup once
226                  * it's unlocked. Later on, if we sleep, this is the
227                  * operation that gives us the lock. We xchg it to -1, so
228                  * that when we release the lock, we properly wake up the
229                  * other waiters:
230                  */
231                 if (atomic_xchg(&lock->count, -1) == 1)
232                         break;
233
234                 /*
235                  * got a signal? (This code gets eliminated in the
236                  * TASK_UNINTERRUPTIBLE case.)
237                  */
238                 if (unlikely(signal_pending_state(state, task))) {
239                         mutex_remove_waiter(lock, &waiter,
240                                             task_thread_info(task));
241                         mutex_release(&lock->dep_map, 1, ip);
242                         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
243
244                         debug_mutex_free_waiter(&waiter);
245                         preempt_enable();
246                         return -EINTR;
247                 }
248                 __set_task_state(task, state);
249
250                 /* didnt get the lock, go to sleep: */
251                 spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
252                 preempt_enable_no_resched();
253                 schedule();
254                 preempt_disable();
255                 spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
256         }
257
258 done:
259         lock_acquired(&lock->dep_map, ip);
260         /* got the lock - rejoice! */
261         mutex_remove_waiter(lock, &waiter, current_thread_info());
262         mutex_set_owner(lock);
263
264         /* set it to 0 if there are no waiters left: */
265         if (likely(list_empty(&lock->wait_list)))
266                 atomic_set(&lock->count, 0);
267
268         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
269
270         debug_mutex_free_waiter(&waiter);
271         preempt_enable();
272
273         return 0;
274 }
275
276 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
277 void __sched
278 mutex_lock_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
279 {
280         might_sleep();
281         __mutex_lock_common(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, subclass, _RET_IP_);
282 }
283
284 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_nested);
285
286 int __sched
287 mutex_lock_killable_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
288 {
289         might_sleep();
290         return __mutex_lock_common(lock, TASK_KILLABLE, subclass, _RET_IP_);
291 }
292 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_killable_nested);
293
294 int __sched
295 mutex_lock_interruptible_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
296 {
297         might_sleep();
298         return __mutex_lock_common(lock, TASK_INTERRUPTIBLE,
299                                    subclass, _RET_IP_);
300 }
301
302 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_interruptible_nested);
303 #endif
304
305 /*
306  * Release the lock, slowpath:
307  */
308 static inline void
309 __mutex_unlock_common_slowpath(atomic_t *lock_count, int nested)
310 {
311         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
312         unsigned long flags;
313
314         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
315         mutex_release(&lock->dep_map, nested, _RET_IP_);
316         debug_mutex_unlock(lock);
317
318         /*
319          * some architectures leave the lock unlocked in the fastpath failure
320          * case, others need to leave it locked. In the later case we have to
321          * unlock it here
322          */
323         if (__mutex_slowpath_needs_to_unlock())
324                 atomic_set(&lock->count, 1);
325
326         if (!list_empty(&lock->wait_list)) {
327                 /* get the first entry from the wait-list: */
328                 struct mutex_waiter *waiter =
329                                 list_entry(lock->wait_list.next,
330                                            struct mutex_waiter, list);
331
332                 debug_mutex_wake_waiter(lock, waiter);
333
334                 wake_up_process(waiter->task);
335         }
336
337         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
338 }
339
340 /*
341  * Release the lock, slowpath:
342  */
343 static __used noinline void
344 __mutex_unlock_slowpath(atomic_t *lock_count)
345 {
346         __mutex_unlock_common_slowpath(lock_count, 1);
347 }
348
349 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
350 /*
351  * Here come the less common (and hence less performance-critical) APIs:
352  * mutex_lock_interruptible() and mutex_trylock().
353  */
354 static noinline int __sched
355 __mutex_lock_killable_slowpath(atomic_t *lock_count);
356
357 static noinline int __sched
358 __mutex_lock_interruptible_slowpath(atomic_t *lock_count);
359
360 /***
361  * mutex_lock_interruptible - acquire the mutex, interruptable
362  * @lock: the mutex to be acquired
363  *
364  * Lock the mutex like mutex_lock(), and return 0 if the mutex has
365  * been acquired or sleep until the mutex becomes available. If a
366  * signal arrives while waiting for the lock then this function
367  * returns -EINTR.
368  *
369  * This function is similar to (but not equivalent to) down_interruptible().
370  */
371 int __sched mutex_lock_interruptible(struct mutex *lock)
372 {
373         int ret;
374
375         might_sleep();
376         ret =  __mutex_fastpath_lock_retval
377                         (&lock->count, __mutex_lock_interruptible_slowpath);
378         if (!ret)
379                 mutex_set_owner(lock);
380
381         return ret;
382 }
383
384 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock_interruptible);
385
386 int __sched mutex_lock_killable(struct mutex *lock)
387 {
388         int ret;
389
390         might_sleep();
391         ret = __mutex_fastpath_lock_retval
392                         (&lock->count, __mutex_lock_killable_slowpath);
393         if (!ret)
394                 mutex_set_owner(lock);
395
396         return ret;
397 }
398 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock_killable);
399
400 static __used noinline void __sched
401 __mutex_lock_slowpath(atomic_t *lock_count)
402 {
403         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
404
405         __mutex_lock_common(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, _RET_IP_);
406 }
407
408 static noinline int __sched
409 __mutex_lock_killable_slowpath(atomic_t *lock_count)
410 {
411         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
412
413         return __mutex_lock_common(lock, TASK_KILLABLE, 0, _RET_IP_);
414 }
415
416 static noinline int __sched
417 __mutex_lock_interruptible_slowpath(atomic_t *lock_count)
418 {
419         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
420
421         return __mutex_lock_common(lock, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, _RET_IP_);
422 }
423 #endif
424
425 /*
426  * Spinlock based trylock, we take the spinlock and check whether we
427  * can get the lock:
428  */
429 static inline int __mutex_trylock_slowpath(atomic_t *lock_count)
430 {
431         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
432         unsigned long flags;
433         int prev;
434
435         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
436
437         prev = atomic_xchg(&lock->count, -1);
438         if (likely(prev == 1)) {
439                 mutex_set_owner(lock);
440                 mutex_acquire(&lock->dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
441         }
442
443         /* Set it back to 0 if there are no waiters: */
444         if (likely(list_empty(&lock->wait_list)))
445                 atomic_set(&lock->count, 0);
446
447         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
448
449         return prev == 1;
450 }
451
452 /***
453  * mutex_trylock - try acquire the mutex, without waiting
454  * @lock: the mutex to be acquired
455  *
456  * Try to acquire the mutex atomically. Returns 1 if the mutex
457  * has been acquired successfully, and 0 on contention.
458  *
459  * NOTE: this function follows the spin_trylock() convention, so
460  * it is negated to the down_trylock() return values! Be careful
461  * about this when converting semaphore users to mutexes.
462  *
463  * This function must not be used in interrupt context. The
464  * mutex must be released by the same task that acquired it.
465  */
466 int __sched mutex_trylock(struct mutex *lock)
467 {
468         int ret;
469
470         ret = __mutex_fastpath_trylock(&lock->count, __mutex_trylock_slowpath);
471         if (ret)
472                 mutex_set_owner(lock);
473
474         return ret;
475 }
476 EXPORT_SYMBOL(mutex_trylock);
477
478 /**
479  * atomic_dec_and_mutex_lock - return holding mutex if we dec to 0
480  * @cnt: the atomic which we are to dec
481  * @lock: the mutex to return holding if we dec to 0
482  *
483  * return true and hold lock if we dec to 0, return false otherwise
484  */
485 int atomic_dec_and_mutex_lock(atomic_t *cnt, struct mutex *lock)
486 {
487         /* dec if we can't possibly hit 0 */
488         if (atomic_add_unless(cnt, -1, 1))
489                 return 0;
490         /* we might hit 0, so take the lock */
491         mutex_lock(lock);
492         if (!atomic_dec_and_test(cnt)) {
493                 /* when we actually did the dec, we didn't hit 0 */
494                 mutex_unlock(lock);
495                 return 0;
496         }
497         /* we hit 0, and we hold the lock */
498         return 1;
499 }
500 EXPORT_SYMBOL(atomic_dec_and_mutex_lock);